光合作用与生物固氮

互联网2013-11-14

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关于光合作用和生物固氮的研究，对于提高粮食产量、解决全球性粮食问题有着重要的意义。本章教材在学生学习了高中生物必修教材有关知识的基础上，进一步讲述了光合作用和生物固氮的基础知识。通过本章的学习，可以使学生比较深入地了解这两个生理作用的基本原理，及其在农业生产实践中的应用。

一、本章的教学目的和要求

本章的教学目的和要求是：了解光能在叶绿体中的转换，了解光合作用碳代谢类型的简况（选讲），了解提高农作物光合作用效率的主要措施；了解固氮微生物的种类，初步学会做分离自生固氮菌的实验（选做），了解生物固氮过程的简况（选讲），了解生物固氮在农业生产中的应用。至于光呼吸，考虑到所涉及的生物化学名词比较多，并且一些机理目前尚未研究得很清楚，所以只在教师教学用书中做了简要的介绍。

二、本章的主要内容和特点

本章教材包括两节：《光合作用》和《生物固氮》，此外，还有一个学生选做的实验。

本章教材在编写过程中，根据教学大纲中的教学目的和教学目标，以及对本章教学内容的规定和要求，注意认真研究和解决以下几个问题。

（一）把握基础性，认真处理好教学内容的难易程度

教学大纲中明确规走，高中生物选修课要为理科学生的升学和就业打下良好的生物学基础。这就要求选修课教材同必修课教材一样，都要体现基础性原则，避免出现深、难、重的倾向。本章的一些教学内容，如光能在叶绿体中的转换、C4植物光合作用的特点和生物固氮过程简介等，涉及到较多的生物化学反应，这就出现两个问题：一是学生缺乏有关的生物化学基础知识；二是从大纲规定的教学要求层次看，教材不宜过多讲述这些生物化学知识。为此，我们在教材编写过程中，力求尽量少出现有关的专有名词，力求尽量简述有关的化学变化，力求做到简明扼要、易教易学。例如，教材在讲述C4植物光合作用的特点时，只出现了“维管束鞘细胞”和‘“磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）”这两个专有名词，至于C4植物光合作用中形成的四碳化合物。只用“C4”表示。关于“C4”的化学名称，只在“小资料”中做了简要的介绍，并不要求学生掌握。另外，教材专门设计了两幅简要的示意图，目的同样是力求便于学生真正了解C4植物光合作用的特点。

（二）反映生物科学研究的新进展，使教材具有先进性

近些年来，关于光合作用和生物固氮的研究都取得了许多重要的进展。为此，教材选用新近的科研成果来阐述有关光合作用和生物固氮的基础知识，力求使本章教材具有时代特点。例如，教材在讲述C4途径时，介绍了科学家如何利用同位素标记法，发现一些绿色植物固定CO2后形成的最初产物不是C3而是C4。又如，能否让水稻、小麦等非豆科粮食作物也能像豆科植物那样进行生物固氮，这是生物科学中最为诱人的研究课题之一。为此，第二节《生物固氮》在引言中提出了科学家目前正在进行通过基因工程促使非豆科粮食作物进行生物固氮的研究，并且通过“课外读”的形式进行简要的介绍，以求激发学生探索生物科学奥秘的兴趣。

（三）从感性认识入手，认真体现启发式教学的指导思想

在本章教材中，凡是能够从感性认识入手阐述有关理论知识的地方，都设计了演示实验或学生实验。力求使教材内容的安排符合学生的认知规律。例如，在讲述C4植物和C3植物叶片结构的特点时，教材先编入“观察C4植物和C3植物叶片的结构”的演示实验、使学生先对上述两种叶片的结构产生感性认识，进而引导学生分析出它们在结构上的主要区别。又如，在自生固氮微生物的形态和生理特点这一部分，教材将有关的叙述和学生实验结合在一起。这种编排力求有利于培养学生的多种能力，有利于引导学生参与教学过程，使学生在教师的指导下成为学习的主体，进而扎实地记注所学的基础知识。

（四）联系生产实际和生活实际，加强基础知识的实用性

光合作用和生物固氮与农业生产实际的关系十分紧密。挖掘和体现有关基础知识的实际应用，学生不仅学得有兴趣，而且反过来能够加深对理论知识的理解。本章内容中，理论联系实际的方式主要包括以下几个方面：

一是通过课文进行讲述，如《光合作用》一节讲述了提高农作物光合作用效率的主要措施，《生物固氮》一节讲述了生物固氮在农业生产中的作用；

二是通过复习题引导学生将学过的基础知识应用到实际问题中，如《生物固氮》一节的复习题要求学生简答“我国古代农民早就有‘种豆肥田’的生产经验，试分析其中的科学道理”；

三是通过“课外读”使学生知道观察和鉴别的知识，如“如何鉴别C3植物和C4植物”；

四是通过“课外生物科技活动”引导学生亲自动手，如《生物固氮》一节安排了“对豆科作物进行根瘤菌拌种，并且对比观察它们的生长发育状况”的课外实践活动。

（五）重视培养学生初步的研究能力和创造能力

本章教材主要通过两条途径培养学生的创造性思维，进而培养学生初步的研究能力和创造能力。一条途径是提出没有现成结论的旁栏思考题，引导学生综合运用学过的知识进行分析和研究，如讲述豆科植物能够进行生物固氮时，提出“如果小麦、水稻也能自行固氮，那将给人类带来哪些方面的好处”。另一条途径是在实验指导中提出一些思考性比较强的讨论题，引导学生通过讨论和实践广开思路，进而获取真知，如在“自生固氮菌的分离”的实验指导中，提出“假如黏液中有三种自生固氮菌，你能不能想出一种办法，将这三种细菌分离开来”的讨论题。实验指导并未讲述细菌的分离和纯培养方面的基础知识，但是，在教师的指导下，学生通过认真的思考，是能够想出恰当的办法的。

（六）适当增加教材的“弹性”，以适应各地教学的需要

本章教材中用大字编排的内容，都是教学大纲要求讲述的，这些教学内容可以使各地的学生打下共同的、必要的生物学基础。教材中注有“选学”字样的内容，则是各地教学中可以自行决定教或不教的。另外，本章教材在编写过程中还注意适当增设了供学生选学的内容（用小号楷体字排出），目的也是在完成教学大纲规定的要求的前提下，较好地适应各地学生学习的不同情况，以利于因材施教。

三、教学中应当注意的几个问题

（一）处理好本章教材与初中生物教材和高中生物必修教材相关内容的衡接和联系

有关叶片的结构和光合作用的过程等基础知识，初中生物教材和高中生物必修教材都作为重点内容进行了讲述，特别是有关光合作用过程的基础知识，学生在高中生物必修课中刚刚学过。所以，教师应当注意引导学生课前对上述知识认真进行复习，讲课时注意将光能在叶绿体中转换的三个步骤与高中生物必修教材中光反应阶段和暗反应阶段逐一对应起来，以便于学生温故知新，融会贯通。初中生物教材第二部分第一章《细菌》和高中生物必修教材第八章第一节《生物与环境的相互关系》，分别讲述了根瘤菌能够促进豆科植物生长以及两者具有互利共生的关系，教师在讲述《生物固氮》之前，也应当引导学生课前认真进行复习。

（二）根据教学的实际情况，引导学生阅读、讨论和归纳一些教学内容

本章中的一些教学内容，如提高农作物的光合作用效率、生物固氮在氮循环和农业生产中的作用等，并不难懂，教师可以引导学生进行自学和讨论，进而得出正确的结论。对于学习基础比较好的学生来说，本章的一些教学内容，教师可以引导他们进行讨论、归纳和总结，如光能在叶绿体中是如何最终转换成稳定的化学能的，C3植物与C4植物光合作用过程的异同点等。这种教学方法，有利于调动学生学习的积极性和主动性，有利于引导学生参与教学过程，不仅使学生牢固记住所学的基础知识，而且有助于发展他们的自学能力、概括能力和表达能力。

（三）根据教学的实际情况，引导学生自行设计实验

为了更好地培养学生较强的观察能力、实验能力、思维能力和自学能力，以及初步的研究能力和创造能力，在完成实验指导规定内容的前提下，如果时间允许，教师可以安排学生就某一步骤进行实验设计，如能否用土壤浸出液代替稀泥浆接种。教师还可以利用课外生物科技活动的形式，指导有学习兴趣的学生，就如何进行根瘤菌拌种才能获得最佳的增产效果等，自行设计有关的实验方案，大胆进行探索。